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O processo da filtragem biológica no aquário

A filtragem biológica é o processo mais comum na grande maioria dos aquários para a filtragem de matéria orgânica e contaminantes como amônia, nitrito, nitrato, fosfato e outros compostos que não temos ciência. Acompanhe nesse texto diversos detalhes e características da filtragem biológica em aquários.

filtragem biológica aquário lago

Quem é responsável pela filtragem biológica dos aquários?


A filtragem biológica dos aquários é feita basicamente por dois grupos de organismos: os heterotróficos e os autotróficos.


Os organismos heterotróficos são aqueles que produzem sua energia a partir da oxidação de compostos orgânicos em geral. Nesse grupo estão todos os organismos que não produzem sua energia e se alimentam de outros organismos. Os fungos, as bactérias e os protozoários que decompõe o resto de ração, fezes, organismos mortos e outros compostos orgânicos dos aquários são responsáveis pela filtragem biológica.


Os organismos autotróficos são aqueles que produzem sua energia a partir da oxidação ou da redução de compostos inorgânicos. No caso da filtragem biológica dos aquários, as bactérias nitrificantes são as mais comuns e importantes nesse processo, sendo que as oxidantes de enxofre são bem comuns nos reatores de enxofre dos aquários marinhos.


As plantas e algas também são organismos autotróficos e tem participado cada vez mais da filtragem de sistemas aquáticos, seja na indústria, aquaponia ou aquarismo. O uso de algas e plantas também serão abordados nesse texto de forma rápida.


São esses organismos que vão transformar os compostos tóxicos ao ambiente do aquário em compostos menos tóxicos ou compostos inofensivos. Por esse motivo a filtragem biológica é o fator mais importante nos aquários, pois é ela a responsável por manter a qualidade da água nos aquários.


Em termos de eficiência os organismos autotróficos são muito mais eficientes que os organismos heterotróficos em relação à oxidação de amônia, nitrito e nitrato que são os principais contaminantes do aquário. Os heterotróficos são ganham em eficiência dos autotróficos em condições onde os autotróficos não conseguem se desenvolver bem, como em ambientes muito ácidos.


Hoje no mercado existem alguns produtos que fazem o mesmo papel da filtragem biológica, mas ainda assim a filtragem biológica é mais barata e mais eficiente.


O que é importante considerar na filtragem biológica?


A filtragem biológica é influenciada por alguns parâmetros físicos, químicos e biológicos que podem ajudar ou atrapalhar na filtragem do aquário. Os principais fatores são:


  1. Oxigênio dissolvido

  2. Oferta de Nutrientes

  3. Elementos traços

  4. Reserva alcalina

  5. Carbono orgânico e competição entre organismos

  6. Temperatura

  7. pH

  8. Fluxo de água

  9. Superfície de colonização

  10. Idade do biofilme

  11. Iluminação

  12. Agentes bactericidas e inibidores

  13. Características estruturais do sistema de filtragem

Oxigênio Dissolvido


Além de importante para os animais e plantas do aquário, o oxigênio tem um papel fundamental na filtragem biológica dos aquários. O oxigênio é o principal agente oxidante que vai produzir energia para os organismos heterotróficos e autotróficos.


Para saber mais sobre a oxigenação dos aquários veja aqui no nosso texto!


No aquário o oxigênio é utilizado pela respiração dos peixes e plantas, além de ser usado pelos organismos responsáveis pela filtragem. Como todo mundo usa o oxigênio dissolvido, ele é um fator limitante no aquário, por isso é preciso ter uma boa circulação para que o oxigênio seja suficiente para todos os organismos que necessitam dele.


Quanto maior a quantidade de oxigênio disponível, maior será a facilidade dos microrganismos responsáveis pela filtragem de terem acesso ao oxigênio dissolvido. Não é só porque o oxigênio está dissolvido que os microrganismos têm acesso fácil a ele e uma maior concentração melhora o acesso deles ao tão importante oxigênio.


Oferta de Nutrientes


Quanto maior a oferta de nutrientes aos organismos, maior vai ser a eficiência da filtragem. Um mesmo filtro pode remove mais nutrientes por área quanto maior for a quantidade de nutrientes disponível.


A imagem abaixo exemplifica bem esse fato onde a remoção de amônia do filtro em relação à quantidade de amônia disponível.

Fonte: Referência bibliográfica [1]

Isso vale para todos os nutrientes na água como amônia, nitrito, nitrito, fosfato e afins.


Elementos Traços


Os elementos traços são importantes para todos os organismos vivos (sejam eles plantas, animais, bactérias, etc) pois são responsáveis por vários processos metabólicos.


Veja mais sobre a importância dos oligoelementos aqui no nosso texto sobre eles mostrando a função deles em diversos processos!


O molibdênio é fundamental para o processo da nitrificação[2].


A falta de elementos traços é um dos principais fatores limitantes da filtragem biológica.


Reserva alcalina


Os carbonatos são fundamentais para o processo da nitrificação. Cada grama de amônia metabolizada pelas bactérias nitrificantes consome pouco mais de 7 gramas de carbonato como pode ser vista na tabela abaixo [3]:

É preciso manter a reserva alcalina sempre constante e em nível adequado para ajudar no processo da nitrificação.


Além da utilidade na nitrificação, a reserva alcalina tem papel fundamental na estabilidade do pH, o que é fundamental não somente sobre a filtragem, mas também na manutenção da qualidade de vida do ambiente aquático devido à quebra do equilíbrio osmótico.


Veja mais sobre o choque osmótico aqui no nosso texto!


Carbono Orgânico e a Competição Entre os Microrganismos


O carbono orgânico na forma de açúcares, álcool, polímeros como a celulose da madeira e o amido, ácidos orgânicos, etc são fonte de alimento para bactérias que competem com as bactérias nitrificantes.


Quanto maior a relação entre carbono orgânico e nitrogênio, menor será a nitrificação [4].


A tabela abaixo[1] mostra um teste feito com filtros de lagos onde a eficiência da nitrificação foi reduzida de acordo com o aumento da relação de carbono orgânico na água (C/N).

Esse fato é de crucial importância quando vamos escolher a ração dos nossos peixes e outros animais. Rações de boa qualidade possuem carboidratos devidamente trabalhados para uma excelente absorção e fazer com que as fezes sejam pobres desses nutrientes, proporcionando uma melhor qualidade de água.


A imagem abaixo[16] representa um biofilme formado em um sistema de criação de peixes. Nesse esquema é explicado que as bactérias heterotróficas se formam na superfície do biofilme onde há mais oxigênio devido a se multiplicarem mais rápidos que as bactérias nitrificantes. Essa disposição é prejudicial à nitrificação.


Temperatura da água


A temperatura é um fator que está diretamente ligado à velocidade do metabolismo dos habitantes de um ambiente aquático. Quanto maior a temperatura, maior será a atividade do metabolismo e vice-versa.


No caso da nitrificação, quanto maior a temperatura, maior será a velocidade da remoção de nutrientes e maior será a multiplicação das bactérias.


Nos aquários ornamentais onde a média da temperatura fica entre os 25°C e 35°C se mostra ideal para o desenvolvimento das bactérias nitrificantes [5].


É preciso ter cuidado com o equilíbrio térmico do aquário para evitar um choque térmico. Além de nocivo às plantas e animais, o choque térmico pode reduzir a nitrificação.


pH

O pH está relacionado com o equilíbrio osmótico, toxicidade de contaminantes e até na quantidade de oxigênio dissolvido na água.


Para mais detalhes sobre o pH veja aqui no nosso texto!


Na nitrificação o pH está diretamente relacionado à eficiência. O gráfico abaixo[6] mostra um teste sobre a nitrificação num sistema de tratamento de esgoto.

O controle do pH é essencial para o correto dimensionamento da parte da filtragem biológica relacionada com a nitrificação.


O pH também influencia no metabolismo das plantas envolvidas no sistema de filtragem quando aplicadas a esse fim. A maioria das plantas respondem melhor a uma determinada faixa de pH. O aguapé (Eichhornia crassipes), por exemplo, tem um crescimento maior, e por consequência maior remoção de contaminantes, em águas ácidas com pH entre 5,6 e 5,9 [7].


Fluxo de água


O fluxo de água na filtragem é fundamental para a remoção dos contaminantes da água e é o fator mais esquecido e negligenciado dos filtros de aquários. O fluxo de água é composto pela vazão do sistema, pela velocidade da água e pela pressão da água.


O fluxo de água é responsável por levar a amônia, nitrito, nitrato, fosfato, carbono orgânico, oxigênio, carbonatos e outros compostos até as colônias de bactérias (o biofilme).


No caso da nitrificação em mídias fixas como argila expandida, cerâmica, esponjas e afins, um fluxo de água mais rápido e com pressão maior que em um sistema aberto tem melhor resultado do que um fluxo lento. O fluxo de água geralmente usado na filtragem dos aquários é muito baixo em relação ao fluxo de água utilizado na aquicultura, o que tem como resultado uma nitrificação com menor resultado.


Cada tipo de mídia ou filtragem requer um fluxo de água adequado. Um filtro de areia fluidizada requer um fluxo diferente do que um sump ou canister.


Um fluxo de água adequado irá manter uma renovação constante do biofilme, vai levar mais nutrientes para as bactérias e garantir uma filtragem muito eficiente.


Os filtros de plantas requerem um fluxo mais lento do que os filtros com biofilme imobilizado.


Superfície de Colonização


No aquarismo, a superfície de colonização das bactérias é o fator mais superestimado e incompreendido e é vendido como único e principal fator de uma boa filtragem, o que não é verdade, nem de perto verdade.


Não vamos nos ater a esse ponto porque ele foi devidamente no nosso texto sobre a superfície específica! 


Idade do Biofilme


Todo organismo vivo nasce, cresce, se reproduz e morre. Com as bactérias isso não é diferente. As bactérias em seu período de divisão celular consomem muito mais energia do que sem estar em divisão, então, partindo dessa informação, temos que criar condições de que as bactérias nitrificantes estejam sempre em constante reprodução.


O gráfico abaixo representa as fases do crescimento bacteriano.

Nos filtros de aquários é muito melhor manter o biofilme constantemente na fase de crescimento exponencial através de um fluxo de água adequado e/ou da limpeza dos filtros.


Os filtros fluidizados são muito eficientes por estarem sempre eliminando o excesso de biofilme através do atrito entre as mídias, o que fornece espaço (eliminando bactérias heterotróficas, bactérias mortas e sujeira), diminui a espessura do biofilme (melhorando a transferência de nutrientes) e mantém uma colonização uniforme.


Mais detalhes sobre filtros fluidizados podem ser vistos aqui no nosso texto sobre isso!


Um filtro superdimensionado para o aquário é capaz de manter uma excelente qualidade de água mantendo o biofilme em fase estacionária, fase em que há um equilíbrio entre a quantidade de bactérias que nascem e morrem. É durante a fase estacionária do biofilme que geralmente acontecem os picos de amônia, devido a redução da capacidade de remoção de amônia.


Iluminação


A iluminação é fundamental para a vida das plantas, corais e animais, porém tem efeito inibitório na nitrificação.


A luz intensa é capaz de reduzir o crescimento das bactérias nitrificantes e até mesmo cessar completamente a respiração celular, sendo necessário um período escuro de algumas horas para elas voltarem ao normal [8] [9] [10] [11] [12], além de promover o crescimento de algas nas mídias[20].


Com essa informação, os filtros opacos são melhores que os translúcidos.


Em contrapartida à nitrificação, a luz é essencial para os sistemas de filtragens que usam plantas ou algas.


Agentes bactericidas e Inibidores


As bactérias nitrificantes também se intoxicam com amônia não ionizada[13], cobre[14], azul de metileno[15] (um dos principais princípios ativos dos medicamentos para peixes) e outros compostos prejudicando a filtragem.


É por esse motivo que devemos ficar atentos ao acúmulo de amônia na água, não utilizar absolutamente nada de cobre em contato com a água dos aquários e não usar medicamento direto no aquário.


Esse é um fator pouco provável de prejudicar a filtragem já que a possível contaminação do aquário depende da aplicação direta de algum composto inibidor da filtragem.


Características Estruturais do Sistema de Filtragem


Essa é de longe o principal fator a se considerar na filtragem biológica devido a estar relacionado com o fluxo do sistema, limpeza e manutenção, captação e reposição de água, capacidade para mídias, etc.


Um sistema de filtragem corretamente construído deve proporcionar uma coleta de sujeira e água eficiente, uma devolução de água promovendo uma melhor oxigenação e circulação dela, deve ser de fácil manutenção para limpezas e trocas de mídias, bombas, etc.


Um filtro maior é melhor que um filtro menor sempre. Um filtro maior proporciona um maior espaço entre as limpezas sem perder eficiência da filtragem, além de utilizar uma diversidade de mídias que acaba saindo mais barato.


Principais Tipos de Filtros e Sistemas de Filtragem Biológicos


Agora que já foram abordados os principais elementos a se considerar na filtragem biológica dos aquários, vamos falar dos principais filtros e sistemas de filtragens comumente utilizados nos aquários sendo eles:


  • Filtro Canister

  • Sump

  • Dry-wet

  • Hang On

  • Filtro Biológico de Fundo

  • Filtros Fluidizados

  • Filtro de Plantas

  • Filtro de Algas (ATS)

  • Reator de enxofre